Optimisation de la liaison montante d’un système de communication multi-utilisateur assisté par des surfaces intelligentes vers une plateforme aérienne à haute altitude

Msilini, Nessrine (2025). Optimisation de la liaison montante d’un système de communication multi-utilisateur assisté par des surfaces intelligentes vers une plateforme aérienne à haute altitude. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire s’intéresse à l’optimisation des communications montantes dans un système de télécommunication intégré plateforme à haute altitude (HAPS)–surface intelligente (RIS), où les utilisateurs partagent les ressources du HAPS et les éléments réfléchissants d’une surface intelligente RIS. Après une modélisation précise des canaux utilisateurs–HAPS et RIS–HAPS selon une distribution Nakagami-m, le problème est formulé comme une optimisation conjointe des puissances d’émission et des phases RIS afin de maximiser la somme des débits du système. Cette optimisation est contrainte par des exigences minimales de qualité de service (QoS) pour chaque utilisateur. Divers algorithmes d’optimisation sont explorés, y compris une méthode aléatoire (Random) servant de référence de base, qui est développée en une méthode de base (Baseline) partiellement aléatoire, quantifiant quelques paramètres (tels que la puissance et le déphasage RIS), ainsi que des algorithmes métaheuristiques tels que l’algorithme d’optimisation baleine (WOA), l’optimisation par essaim de particules (PSO) et l’optimisation itérative proposée, i.e., optimisation alternée (AO). Les résultats numériques permettent de comparer ces approches selon plusieurs paramètres système (ex : nombre d’antennes, puissance maximale, etc.), en mettant en évidence les compromis entre performance et complexité algorithmique.

Titre traduit

Optimization of the uplink for RIS-assisted orthogonal multi-user HAPS communications

Résumé traduit

This thesis focuses on optimizing uplink communications in an integrated high-altitude platform (HAPS)–intelligent surface (RIS) telecommunications system, where users share HAPS resources and the reflective elements of an intelligent RIS surface. After accurately modelling the user–HAPS and RIS–HAPS channels according to a Nakagami-m distribution, the problem is formulated as a joint optimization of transmission powers and RIS phases to maximize the total sum throughput of the system. This optimization is constrained by minimum quality-of-service (QoS) requirements for each user. Various optimization algorithms are explored, including a random method (Random) serving as a baseline reference, which is developed into a partially random baseline method (Baseline), quantifying a few parameters (such as RIS power and phase shift), metaheuristic algorithms such as the Whale Optimization Algorithm (WOA) and Particle Swarm Optimization (PSO), and finally a proposed iterative optimization approach, i.e., Alternating Optimization (AO). Through extensive simulations, we compare these methods in terms of sum data rate, and under the impact of several system parameters (e.g., number of antennas, maximum power, etc.), highlighting the trade-offs between performance and complexity.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire". Comprend des références bibliographiques (pages 73-78).
Mots-clés libres:	HAPS, RIS, optimisation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Jaafar, Waël
Codirecteur:	Codirecteur Kaddoum, Georges
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	23 sept. 2025 19:42
Dernière modification:	23 sept. 2025 19:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3717

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